CN110424247B - 用于拱桥的锁形减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于拱桥的锁形减振装置，包括榫头和与榫头配合的带有榫槽的减振组件，所述榫头向下伸出固定于拱桥的拱圈的拱脚，所述减振组件为内凹式且与榫头相对应固定于所述拱桥的拱座的顶部，所述榫头向下插入减振组件的榫槽；所述减振组件包括榫槽槽壁、阻尼层和沿横向可弹性的伸出用于锁住榫头的锁销；所述榫头设有用于与锁销配合的锁孔，所述阻尼层分布于锁孔的孔壁和榫槽槽壁内表面；利于赋予拱桥与拱座间一定自由度，利于在保证所述拱桥的受力要求下，在振动时通过赋予其一定相对变形量，用于释放地震波产生的能量，保证桥梁自身结构稳固性与安全性；且结构简单，安装方便，拱桥使用寿命长。

Description

用于拱桥的锁形减振装置

技术领域

本发明涉及一种减振装置，尤其涉及一种用于拱桥的锁形减振装置。

背景技术

拱桥是指以拱作为结构主要承重构件的桥梁。拱桥作为桥梁的基本体系之一，具有建筑历史悠久且外形优美的特点，在桥梁建筑中占有重要地位，主要适用于跨越公路或铁路桥，尤其适用于跨越河道，同时因其造型美观，也常用于城市、风景区的桥梁建筑。

拱桥的拱圈具有向上凸起的曲面并作为主体结构受压，能够充分发挥混凝土抗压的材料特性。现有的大型拱桥的拱圈拱脚与拱座间一般为刚性连接，而这种刚性连接的结构削减了结构可变自由度，不利于抗震。虽然现有技术中通常在拱桥上设置减振阻尼装置可在一定程度上提高减振抗震效果，但减振阻尼装置安装后不能兼顾拱桥整体的稳定性和减振阻尼的高效性，使得拱桥的总体抗震性能仍达不到需要，不利于提高拱桥的使用寿命。

基于以上问题，本发明提供一种用于拱桥的锁形减振装置。该用于拱桥的锁形减振装置通过赋予拱桥拱脚与拱座间一定的自由度，利于保证正常运营状态时所述拱桥受力要求的前提下，利于在振动条件下通过赋予其一定的相对变形量，用于释放地震波产生的能量，利于保证桥梁自身结构稳固性与安全性；所述减振装置的结构简单，安装方便，利于提高拱桥的使用寿命，且吊装方便，施工周期短。

发明内容

有鉴于此，本发明的用于拱桥的锁形减振装置通过赋予拱桥拱脚与拱座间一定的自由度，利于保证正常运营状态时所述拱桥受力要求的前提下，利于在振动条件下通过赋予其一定的相对变形量，用于释放地震波产生的能量，利于保证桥梁自身结构稳固性与安全性；所述减振装置的结构简单，安装方便，利于提高拱桥的使用寿命，且吊装方便，施工周期短。

本发明的用于拱桥的锁形减振装置，包括榫头和与榫头配合的带有榫槽的减振组件，所述榫头向下伸出固定于拱桥的拱圈的拱脚，所述减振组件为内凹式且与榫头相对应固定于所述拱桥的拱座的顶部，所述榫头向下插入减振组件的榫槽；所述拱桥的拱圈的两端各设置一个拱座，用于托起所述拱圈并为所述拱圈提供支撑，所述拱圈两端的拱脚处均预埋有榫头，所述榫头的上部预埋入拱圈的拱脚处，所述榫头的下部伸出并与对应预埋入所述拱座内的减振组件的榫槽内；所述拱脚处指的是拱圈靠近拱座的端部；

所述减振组件包括榫槽槽壁、阻尼层和沿横向可弹性的伸出用于锁住榫头的锁销；所述榫头设有用于与锁销配合的锁孔，所述阻尼层分布于锁孔的孔壁和榫槽槽壁内表面；所述榫槽优选为与所述榫头下部外形适配的上大下小的倒锥形结构；所述榫槽预埋入所述拱座内，阻尼层设置于所述榫槽的内槽壁与所述榫头间，通过在所述榫槽内槽壁和所述榫头间设置阻尼层，利于使振动时所述榫槽内槽壁和所述榫头间可沿横向形成微幅的相对位移，利于实现对振动的阻尼缓冲与吸收，尤其利于对横向受到的振动力的阻尼减振，避免对拱圈结构的破坏；所述阻尼层的材质选择属于现有技术，如橡胶材质，在此不再赘述；所述阻尼层的厚度可根据实际需要灵活调节，以保证适中的阻尼系数，从而利于阻尼力合力的稳定发挥；所述榫头对应锁销位置处设置的锁孔设置为多个，并优选为设置于所述榫头外壁并向内凹的盲孔(也可理解为向内凹的凹槽)并与所述锁销配合形成对所述榫头的锁住；所述榫头在预埋入所述拱圈拱脚处后，通过利用所述锁销的锁头在受到挤压时的自动缩回特性，将预埋入所述拱圈拱脚处的榫头先避开锁孔设置处插至榫槽内(至槽底)，并在完成所述榫头的插入后将所述榫头与榫槽间相对转动，使得所述锁销的锁头在正对锁孔时自动弹出并固定于所述榫头的锁孔内，形成对所述榫头的限位，从而将所述拱圈与所述拱座固定连接；在未受到振动力时(正常运营状态下)，所述榫头的底部与所述榫槽的槽底相接触，利于协助抵抗拱圈重量所带来的压力；在受到振动力时，尤其是受到纵向的振动力时，通过在所述锁销的锁头与所述锁孔间预留一定间隙并于所述间隙处设置阻尼层，使得所述减振装置在垂直于所述锁孔(盲孔)孔深方向受到振动力时的阻尼减振，利于所述榫头的底部与所述榫槽的槽底微幅分离时，所述拱圈与拱座间能够纵向微调；优选在所述多个榫头的锁孔壁及锁孔(如盲孔)底均设置有阻尼层，利于所述锁销的锁头弹至所述榫头的锁孔内后形成对所述榫头的锁住的同时，所述榫头相对所述榫槽槽壁可沿垂直于所述锁孔(盲孔)孔深方向实现微幅的摆动，从而利于所述拱圈与拱座间的多自由度微调，避免振动时所述拱圈的破坏，提高所述减振装置的抗震性能；此处的纵向是指连接所述拱圈与拱座的榫头的轴向设置方向(即所述榫头下部的倒锥形结构的轴向)，此处的横向是指所述榫头下部的倒锥形结构的径向。

进一步，所述榫头下部类似于倒锥形结构并使所述倒锥形结构的锥顶形成对榫槽槽底的抵住或分离；优选所述倒锥形结构的底部(即锥顶)呈封闭状态，所述倒锥形结构的锥底位于所述倒锥形结构的上端并连接于所述榫头的上部；所述类倒锥形的结构的设置利于所述榫头的插入榫槽及固定；所述榫头的底部形成对榫槽槽底的抵住或分离，即在未受到振动力时(正常运营状态下)，所述榫头的锥顶与所述榫槽的槽底处于接触状态，利于协助抵抗拱圈重量所带来的压力，同时，在受到振动力尤其是受到纵向的振动力时，通过在所述锁销的锁头与所述榫头的锁孔间预留一定间隙并设置阻尼层，利于实现所述榫头的底部与所述榫槽槽底的微幅分离时避免振动时拱圈的破坏；此处的纵向是指连接所述拱圈与拱座的榫头的轴向设置方向(即所述榫头下部的倒锥形结构的轴向)；

进一步，所述榫头的上部为类筒形结构；优选所述榫头的上部为圆筒形结构；所述类筒形结构的外圆设置有多个齿块并预埋入所述拱圈的拱脚处；优选于所述圆筒形结构的外圆沿圆周方向均匀设置多个齿块并沿轴向设置为多层，利于所述榫头与所述拱圈间的固定；

进一步，所述榫头的下部为空心结构；所述榫头下部的倒锥形结构的锥底呈开口状态，并于所述榫头的上部一体成型，所述榫头下部的空心结构与所述榫头上部的筒形空心结构相互连通；所述榫头的上部与下部一体成型并在预埋时与所述拱圈拱脚一体浇铸，用于保证与所述拱圈拱脚的良好连接；利于所述榫头于所述拱圈拱脚处预埋时的填充，如填充混凝土等，属于现有技术，在此不再赘述；利于增加所述榫头与所述拱圈间的接触面积，保证与所述拱圈拱脚的良好连接性；

进一步，所述榫头上部的类筒形结构的横截面积小于所述榫头下部的倒锥形结构的锥底横截面积；利于通过所述榫头的结构设计保证所述拱圈与所述拱座间的牢固结合，利于提高所述减振装置的结构稳固性；所述榫头下部的倒锥形结构的锥底即所述榫头下部的倒锥形结构的上端；

进一步，所述榫槽槽壁为与所述榫头下部的外形适配的倒锥形结构；所述锁销沿所述榫槽槽壁的径向圆周方向均匀设置并沿轴向设置为多层；优选沿所述杯形榫槽槽壁的径向圆周方向均匀设置四个锁销，并沿所述榫槽槽壁的轴向设置多层上述锁销，即该多层中的每层均沿所述榫槽槽壁的径向圆周方向均匀设置四个锁销，利于形成对所述榫头的牢固锁住，提高减振装置的结构稳固性；

进一步，所述锁销包括穿过所述榫槽槽壁并与所述榫槽槽壁固定连接的套筒、设置于所述套筒内的弹性件及固定于所述弹性件内端的锁头；所述锁头于所述榫头插入时缩回并于插入后转动至锁孔处弹出并对应伸入所述榫头的锁孔内形成对所述榫头的锁住；所述套筒的外端预埋入所述拱座内，并所述套筒的内端不超过插入后的榫头外壁，所述套筒与所述榫槽的槽壁间可通过焊接连接，属于现有技术，在此不再赘述；所述弹性件的选择属于现有技术，如弹簧，在此不再赘述；所述弹性件的外端固定于所述套筒的外端(优选所述套筒的外端即套筒的筒底为封闭状态)，所述弹性件的内端与锁头固定连接，利于在所述榫头插入时的锁头的自动缩回及插入完成并转动与锁孔对准后所述锁头的自动弹回，从而利于所述榫头的插入与固定锁住，利于保证发生振动时所述拱圈的拱脚处与所述拱座间不会发生过大错位；此处的内是指由所述杯形榫槽的倒锥形结构的外侧指向锥心的方向，此处的外是指由所述的倒锥形结构的锥心指向外侧的方向；

进一步，所述榫头与所述榫槽槽壁间的阻尼层沿轴向分段设置且横截面为环形，用于横向的阻尼减振；所述阻尼层沿轴向(即所述榫头的轴向)的分段设置利于避免所述阻尼层对所述榫头插入安装时产生干扰，即在所述榫头插入安装前即可将阻尼层对应设置于所述榫槽槽壁的相应位置，并在所述榫头插入安装后使其置于所述榫头和榫槽槽壁间，利于装配及利于横向的阻尼减振；此处的横向是指所述榫头8下部的倒锥形结构的径向；

进一步，所述减振组件于所述拱圈与对应端拱座的连接处为间隔设置的多个；所述减振组件的设置服从n行×m列的矩阵排布；该排列结构利于减小多个榫槽的设置对混凝土防震挡块支撑面的影响，从而利于在承受较大的振动力时所述减振装置的结构稳固性，利于提高所述减振装置的使用寿命。

本发明的有益效果：本发明的用于拱桥的锁形减振装置通过赋予拱桥拱脚与拱座间一定的自由度，利于保证正常运营状态时所述拱桥受力要求的前提下，利于在振动条件下通过赋予其一定的相对变形量，用于释放地震波产生的能量，利于保证桥梁自身结构稳固性与安全性；所述减振装置的结构简单，安装方便，拱桥的使用寿命长；且吊装方便，施工周期短。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的减振组件轴向剖面示意图；

图2为本发明的减振组件断面示意图；

图3为本发明的安装位置示意图；

图4为本发明的减振组件的排布示意图；

图5为本发明的减振组件的连接示意图。

具体实施方式

图1为本发明的减振组件轴向剖面示意图，图2为本发明的减振组件断面示意图，图3为本发明的安装位置示意图，图4为本发明的减振组件的排布示意图，图5为本发明的减振组件的连接示意图，如图所示：本实施例的用于拱桥的锁形减振装置，包括榫头8和与榫头8配合的带有榫槽9的减振组件，所述榫头8向下伸出固定于拱桥的拱圈2的拱脚，所述减振组件为内凹式且与榫头8相对应固定于所述拱桥的拱座7的顶部，所述榫头8向下插入减振组件的榫槽9；所述拱桥的拱圈2的两端各设置一个拱座7，用于托起所述拱圈2并为所述拱圈2提供支撑，所述拱圈2两端的拱脚处均预埋有榫头8，所述榫头8的上部预埋入拱圈2的拱脚处，所述榫头2的下部伸出并与对应预埋入所述拱座7内的减振组件的榫槽9内；所述拱脚处指的是拱圈2靠近拱座7的端部；

所述减振组件包括榫槽9槽壁、阻尼层6和沿横向可弹性的伸出用于锁住榫头8的锁销10(所述锁销10由3锁头、4套筒,和5弹性件组成，所述锁销未在图中标出)；所述榫头8设有用于与锁销10配合的锁孔，所述阻尼层6分布于锁孔的孔壁和榫槽9槽壁内表面；所述榫槽9优选为与所述榫头8下部外形适配的上大下小的倒锥形结构；所述榫槽9预埋入所述拱座7内，阻尼层6设置于所述榫槽9内槽壁与所述榫头8间，通过在所述榫槽9内槽壁和所述榫头8间设置阻尼层6，利于使振动时所述榫槽9内槽壁和所述榫头8间可沿横向形成微幅的相对位移，利于实现对振动的阻尼缓冲与吸收，尤其利于对横向受到的振动力的阻尼减振，避免对拱圈2结构的破坏；所述阻尼层6的材质选择属于现有技术，如橡胶材质，在此不再赘述；所述阻尼层6的厚度可根据实际需要灵活调节，以保证适中的阻尼系数，从而利于阻尼力合力的稳定发挥；所述榫头8对应锁销10位置处设置的锁孔设置为多个，并优选为设置于所述榫头8径向外壁并向内凹的盲孔(也可理解为向内凹的凹槽)并与所述锁销10配合形成对所述榫头8的锁住；所述榫头8在预埋入所述拱圈2拱脚处后，通过利用所述锁销10的锁头3在受到挤压时的自动缩回特性，将预埋入所述拱圈2拱脚处的榫头8先避开锁孔设置处插至榫槽9内(至槽底)，并在完成所述榫头8的插入后将所述榫头8与榫槽9间相对转动(沿圆周方向转动)，使得所述锁销10的锁头3在正对锁孔时自动弹出并固定于所述榫头8的锁孔内，形成对所述榫头8的限位，从而将所述拱圈2与所述拱座7固定连接；在未受到振动力时(正常运营状态下)，所述榫头8的底部与所述榫槽9的槽底相接触，利于协助抵抗拱圈2重量所带来的压力；在受到振动力时，尤其是受到纵向的振动力时，通过在所述锁销10的锁头4与所述锁孔间预留一定间隙并于所述间隙处设置阻尼层6，使得所述减振装置在垂直于所述锁孔(盲孔)孔深方向受到振动力时的阻尼减振，利于所述榫头8的底部与所述榫槽9的槽底微幅分离时，所述拱圈2与拱座7间能够纵向微调；优选在所述多个榫头8的锁孔壁及锁孔(如盲孔)底部(朝向榫头下部的倒锥形结构的轴线的方向)均设置有阻尼层6，利于所述锁销10的锁头3弹至所述榫头8的锁孔内后形成对所述榫头8的锁住的同时，所述榫头8相对所述榫槽9槽壁可沿垂直于所述锁孔(盲孔)孔深方向实现微幅的摆动，利于所述拱圈与拱座间的多自由度微调，避免振动时所述拱圈的破坏，提高所述减振装置的抗震性能；此处的纵向是指连接所述拱圈2与拱座7的榫头8的轴向设置方向(即所述榫头8下部的倒锥形结构的轴向)，此处的横向是指所述榫头8下部的倒锥形结构的径向。

本实施例中，所述榫头8下部类似于倒锥形结构并使所述倒锥形结构锥顶形成对榫槽9槽底的抵住或分离；优选所述倒锥形结构的底部(即锥顶)呈封闭状态，所述倒锥形结构的锥底位于所述倒锥形结构的上端并连接于所述榫头8的上部；所述类倒锥形的结构的设置利于所述榫头8的插入榫槽9及固定；所述榫头8的底部形成对榫槽9槽底的抵住或分离，即在未受到振动力时(正常运营状态下)，所述榫头8的锥顶与所述榫槽9的槽底处于接触状态，利于协助抵抗拱圈2重量所带来的压力，同时，在受到振动力尤其是受到纵向的振动力时，通过在所述锁销10的锁头3与所述榫头8的锁孔间预留一定间隙并设置阻尼层6，利于实现所述榫头8的底部与所述榫槽9槽底的微幅分离时避免振动时拱圈2的破坏；此处的纵向是指连接所述拱圈2与拱座7的榫头8的轴向设置方向(即所述榫头8下部的倒锥形结构的轴向)。

本实施例中，所述榫头8的上部为类筒形结构；优选所述榫头8的上部为圆筒形结构；所述类筒形结构的外圆设置有多个齿块1并预埋入所述拱圈2的拱脚处；优选于所述圆筒形结构的外圆沿圆周方向均匀设置多个齿块1并沿轴向设置为多层，利于所述榫头8与所述拱圈2间的固定。

本实施例中，所述榫头8的下部为空心结构；所述榫头8下部的倒锥形结构的锥底呈开口状态，并于所述榫头8的上部一体成型，所述榫头8下部的空心结构与所述榫头8上部的筒形空心结构相互连通；所述榫头8的上部与下部一体成型并在预埋时与所述拱圈2拱脚一体浇铸，用于保证与所述拱圈2拱脚的良好连接；利于所述榫头8于所述拱圈2拱脚处预埋时的填充，如填充混凝土等，属于现有技术，在此不再赘述；利于增加所述榫头8与所述拱圈2间的接触面积，保证与所述拱圈2拱脚的良好连接性。

本实施例中，所述榫头8上部的类筒形结构的横截面积小于所述榫头8下部的倒锥形结构的锥底横截面积；利于通过所述榫头8的结构设计保证所述拱圈2与所述拱座7间的牢固结合，利于提高所述减振装置的结构稳固性；所述榫头8下部的倒锥形结构的锥底即所述榫头8下部的倒锥形结构的上端。

本实施例中，所述榫槽9槽壁为与所述榫头8下部的外形适配的倒锥形结构；所述锁销10沿所述榫槽9槽壁的径向圆周方向均匀设置并沿轴向设置为多层；优选沿所述杯形榫槽9槽壁的径向圆周方向均匀设置四个锁销10，并沿所述榫槽9槽壁的轴向设置多层上述锁销10，即该多层中的每层均沿所述榫槽9槽壁的径向圆周方向均匀设置四个锁销10，利于形成对所述榫头8的牢固锁住，提高减振装置的结构稳固性。

本实施例中，所述锁销10包括穿过所述榫槽9槽壁并与所述榫槽9槽壁固定连接的套筒4、设置于所述套筒4内的弹性件5及固定于所述弹性件5内端的锁头3；所述锁头3于所述榫头8插入时缩回并于插入后转动至锁孔处弹出并对应伸入所述榫头8的锁孔内形成对所述榫头8的锁住；所述套筒4的外端预埋入所述拱座7内，并所述套筒4的内端不超过插入后的榫头8外壁，所述套筒4与所述榫槽9槽壁间可通过焊接连接，属于现有技术，在此不再赘述；所述弹性件5的选择属于现有技术，如弹簧，在此不再赘述；所述弹性件5的外端固定于所述套筒4的外端(优选所述套筒4的外端即套筒4的筒底为封闭状态)，所述弹性件5的内端与锁头3固定连接，利于在所述榫头8插入时的锁头3的自动缩回及插入完成并转动与锁孔对准后所述锁头3的自动弹回，从而利于所述榫头8的插入与固定锁住，利于保证发生振动时所述拱圈2的拱脚处与所述拱座7间不会发生过大错位；此处的内是指由所述倒锥形结构的榫槽9的倒锥形结构的外侧指向锥心的方向，此处的外是指由所述的倒锥形结构的锥心指向外侧的方向。

本实施例中，所述榫头8与所述榫槽9槽壁间的阻尼层6沿轴向分段设置且横截面为环形，用于横向的阻尼减振；所述阻尼层6沿轴向(即所述榫头8的轴向)的分段设置利于避免所述阻尼层6对所述榫头8插入安装时产生干扰，即在所述榫8头插入安装前即可将阻尼层6对应设置于所述榫槽9槽壁的相应位置，并在所述榫头8插入安装后使其置于所述榫头8和榫槽9槽壁间，利于装配及利于横向的阻尼减振；此处的横向是指所述榫头8下部的倒锥形结构的径向。

本实施例中，所述减振组件于所述拱圈2与对应端拱座7的连接处为间隔设置的多个；所述减振组件的设置服从n行×m列的矩阵排布；该排列结构利于减小多个榫槽9的设置对混凝土防震挡块支撑面的影响，从而利于在承受较大的振动力时所述减振装置的结构稳固性，利于提高所述减振装置的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：包括榫头和与榫头配合的带有榫槽的减振组件，所述榫头向下伸出固定于拱桥的拱圈的拱脚，所述减振组件为内凹式且与榫头相对应固定于所述拱桥的拱座的顶部，所述榫头向下插入减振组件的榫槽；

所述减振组件包括榫槽槽壁、阻尼层和沿横向可弹性的伸出用于锁住榫头的锁销；所述榫头设有用于与锁销配合的锁孔，所述阻尼层分布于锁孔的孔壁和榫槽槽壁内表面。

2.根据权利要求1所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫头下部为倒锥形结构并使所述倒锥形结构的锥顶形成对榫槽槽底的抵住或分离。

3.根据权利要求2所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫头的上部为类筒形结构；所述类筒形结构的外圆设置有多个齿块并预埋入所述拱圈的拱脚处。

4.根据权利要求2所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫头的下部为空心结构；所述榫头的上部与下部一体成型并在预埋时与所述拱圈拱脚一体浇铸，用于保证与所述拱圈拱脚的良好连接。

5.根据权利要求2所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫头上部的类筒形结构的横截面积小于所述榫头下部的倒锥形结构的锥底横截面积。

6.根据权利要求1所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫槽槽壁为与所述榫头下部的外形适配的倒锥形结构；所述锁销沿所述榫槽槽壁的径向圆周方向均匀设置并沿轴向设置为多层。

7.根据权利要求6所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述锁销包括穿过所述榫槽槽壁并与所述榫槽槽壁固定连接的套筒、设置于所述套筒内的弹性件及固定于所述弹性件内端的锁头；所述锁头于所述榫头插入时缩回并于插入后并转动至锁孔处弹出并对应伸入所述榫头的锁孔内形成对所述榫头的锁住。

8.根据权利要求1所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述榫头与所述榫槽槽壁间的阻尼层沿轴向分段设置且横截面为环形，用于横向的阻尼减振。

9.根据权利要求1所述的用于拱桥的锁形减振装置，其特征在于：所述减振组件于所述拱圈与对应端拱座的连接处为间隔设置的多个；所述减振组件的设置服从n行×m列的矩阵排布。

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